"Ölçümün doğasına ilişkin bu yeni anlayış, ileride kuantum sistemlerin kontrolü konusunda yeni yöntemlerin geliştirilmesine yardımcı olabilir."
Görsel: Washington University in St. Louis
Kutunun içine bakma eylemi, atomun dalga fonksiyonunu çökertir. Yani atomun durumunun matematiksel tanımı olan dalga fonksiyonu, olası tüm durumların süperpozisyonu iken, tek bir belirli durum hâline gelir. Dolayısıyla kutunun içine bakıldığında, kedi ya canlı ya da ölü (atom ya bozunmamış ya da bozunmuş) olacaktır. Fakat bakılmadığı sürece, dalga fonksiyonu süperpozisyon durumunda olan atomdan ötürü, kedi hem canlı hem de ölü olarak düşünülebilir.
Peki eğer kutunun içine saniyede 1.000 kez gibi bir sıklıkla göz atacak olsanız, kedinin kader seçimini geciktirebileceğinizi veya tam tersine hızlandırabileceğinizi biliyor muydunuz?
Bu şekilde gerçekleşen bir gecikmeye “Kuantum Zeno Etkisi” denir; hızlandırma ise “Kuantum anti-Zeno Etkisi” olarak adlandırılır. (Bkz. Kuantum Zeno Etkisi Deneysel Olarak Kanıtlandı)
Kuantum Zeno etkisi adı, Yunan filozof Zeno tarafından ortaya atılan ok paradoksuna benzetilerek verilmiştir: Uçan bir ok, zamanın herhangi belli bir anında hareketsizdir; o zaman nasıl hareket edebilir?
Benzer biçimde, eğer bir atom sürekli olarak ölçülüp, başlangıç durumunda olup olmadığına bakılırsa, daima o durumda olduğu bulunabilir. Hem Zeno hem de anti-Zeno etkileri gerçektir ve gerçek atomlara olur.
Peki ama bu nasıl olabilir? Nasıl olur da ölçüm yapmak, radyoaktif atomun bozunumunu geciktirip hızlandırabilir? Yani “ölçüm” aslında nedir?
Fizikçilerin yanıtı şu:
Bir kuantum sistemi hakkında bilgi elde etmek için sistemin çevre ile kısa bir süre için güçlü şekilde çiftlenmesi gerekir. Yani ölçümün amacı bilgi elde etmektir, ama çevre ile güçlü çiftlenmenin anlamı, ölçümün kuantum sistemi de rahatsız etmek zorunda olduğudur.
Peki sistem rahatsız edilip, herhangi bir bilginin dış dünyaya aktarılmaması mümkün mü? O zaman ne olur? Atom yine Zeno ve anti-Zeno etkilerini sergiler mi?
Washington Üniversitesi St. Louis Yerleşkesi’nden Kater Murch’ün ekibi, kubit adı verilen bir yapay atom ile çalışarak, bu soruları yanıtlamaya çalışıyor. Zeno etkilerinde ölçümün rolünü sınamak için ekip yeni bir ölçüm etkileşimi geliştirmiş. “Kuasi-ölçüm” veya “ölçümsü” (İng. quasimeasurement) olarak Türkçeleştirebileceğimiz bu ölçüm şekli, atomu rahatsız ediyor fakat durumu hakkında hiçbir şey öğrenmiyor.
Washington ekibi, çalışmalarından elde ettikleri bulguları 14 Haziran 2017 tarihli Physical Review Letters dergisinde yayımladı.
Makalelerinde şunu belirtiyorlar: Tıpkı ölçümler gibi, ölçümsüler de Zeno etkisine neden olur. Ölçümün doğasına ilişkin bu yeni anlayış, ileride kuantum sistemlerin kontrolü konusunda yeni yöntemlerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Sevkan Uzel, 17 Haziran 2017, Bilim Fili, Çeviri
Seçkin Deniz, 07.02.2018, Sonsuz Ark, Yayın Dünyası'ndan, Özel Dosyalar, Çeviri
Alıntı Kaynak:
BilimFili.com "Kuantum Zeno Etkisi Schrödinger’in Kedisini Nasıl Etkiler?"
https://bilimfili.com/kuantum-zeno-etkisi-schrodingerin-kedisini-nasil-etkiler/
Orijinal Kaynaklar ve İleri Okuma:
1- Phys.org, “How the quantum Zeno effect impacts Schroedinger’s cat“
https://phys.org/news/2017-06-quantum-zeno-effect-impacts-schroedinger.html%3E
2- P.M. Harrington et al. Quantum Zeno Effects from Measurement Controlled Qubit-Bath Interactions, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.240401
(*) Sonsuz Ark'ın Notu:
Schrödinger'in Kedisi
Kuantum mekaniğinin temel dalga denklemini yazan Erwin Schrödinger (1887 - 1961) de sonraki yorumları kabullenmeyenler arasındadır... Schrödinger, sonuçta kuramdan (gelişmesine katkıda bulunduğuna pişman olduğunu söyleyecek kadar!) soğudu. Bundan sonra o da Einstein gibi kuramın mantıksızlığını çarpıcı biçimde ortaya koyacak örnekler aramaya koyuldu. 1935'te ortaya koyduğu Schrödinger'in Kedisi adı ile anılan düşünce deneyi bunların en ünlüsüdür. Aynı yıl Einstein, Podolski ve Rosen, "EPR Deneyi" adıyla bir düşünsel deneyle kuantum kuramının aldığı biçimi eleştirmeye çalıştılar. Ama zaman Schrödinger'i ve Einstein'i değil, kuantum kuramını haklı çıkardı. Şimdi Schrödinger'in düşünce deneyini görelim.
Sağlıklı bir kediyi hava alabilen bir kutu içine koyalım. Kutuda zehirli bir gaz şişesi bulunsun ve bu gazın şişeden salınmasını sağlayacak mekanizma, bozunma yarı ömrü 1 saat olan bir radyoaktif parçacık ile kontrol edilsin. Bu mikroskobik parçacığın davranışını ancak kuantum mekaniği ile ifade edebiliriz, fakat şimdi makroskobik bir sistem olan kedinin kaderi de artık parçacığın davranışına bağlanmış oluyor. Schrödinger'in iddiasına göre 1 saat sonunda kedinin canlı ve ölü olma olasılıkları eşit. Dalga fonksiyonunun anlamı ya bozunma oldu ve kedi öldü ya da olmadı ve kedi hayatta gibi uç iki olasılığı anlatmaktan ibaret değil. Schrödinger'in analizi doğru ise kuantum kuramı, (birisi bakıp durumu bu iki seçenekten birine indirgeyene kadar) kedinin iki durumunun yan yana bulunduğunu söylüyor.Yarı ölü-yarı diri. Schrödinger, bu kadar mantığa zıt bir kuramın düzeltilmeye muhtaç olduğu sonucuna varıyor. Buna karşılık birçok fizikçi (Hawking, Gell-Mann ve başkaları) bu problemin yapay olduğu görüşündeler.
Schrödinger'in Kedisi Deneyi Nasıl Yorumlanmalı?
Bir kere atomik ve moleküler dünyanın olasılık düşüncesi makrodünyaya taşınmış bulunuyor.Çünkü gözlem yapmadığımız sürece kenidinin ölü ya da diri olduğunu bilemeyiz.Buradaki yanıt da "Kedi yüzde elli ölü,yüzde elli diri" yorumundan çok, ölü ve diri olma olasılığı eşit anlamına gelmektedir.
Stephan Hawking (1942-...) şöyle diyor: Kanımca, modelden bağımsız bir gerçekliğe karşı dile getirilmeyen inanç, bilim felsefecilerinin kuantum mekaniği ve belirsizlik ilkesi konusunda karışlaştıkları güçlüklerin altındaki nedendir. Schrödinger'in kedisi denen ünlü bir düşünce deneyi vardır. Bir kedi kapalı bir kutunun içine yerleştirilir. Ona yönelik bir silah vardır ve belirli bir yönde bir radyoaktif çekirdek bozunursa silah ateş alacaktır, bunun gerçekleşmesinin olasılığı yüzde 50'dir. (Bugün, yalnızca bir düşünce deneyi olarak bile, hiç kimse böyle bir şey önermeye cesaret edemez, fakat Schrödinger'in zamanında hayvanların özgürlüğü kavramı henüz duyulmamıştı).
Eğer biri kutuyu açarsa kediyi ya ölü ya canlı bulacaktır. Fakat kutu açılmadan önce kedinin kuantum durumu ölü kedi durumuyla kedinin canlı olduğu durumun bir karışımı olacaktır. Bazı bilim felsefecileri, bunun kabul edilmesini çok güç bulurlar. İnsanın yarı hamile olabilmesinden öte kedinin yarı vurulmuş,yarı vurulmamış olması mümkün değildir Onların içinde bulundukları güçlük,dolaylı olarak bir nesnenin belirli bir tek geçmişe sahip olduğu klasik bir gerçeklik kavramını kullanmalarından kaynaklanır. Kuantum mekaniğinin temeli, farklı bir gerçeklik görüşüne sahip olmasıdır. Bu görüşte bir nesne yalnızca bir tek geçmişe değil,mümkün olan tüm geçmişlere sahiptir. Çoğu durumda belirli bir geçmişe sahip olma olasılığı,biraz farklı bir geçmişe sahip olma olasılığını siler,fakat belli durumlarda komşu geçmişlerin olasılıkları birbirini güçlendirir. Nesnenin geçmişi olarak gözlemlediğimiz şey, bu güçlendirilmiş geçmişlerden biridir.
Schrödinger'in Kedisi durumunda güçlendirilmiş olan iki geçmiş vardır. Birinde kedi vurulmuştur,diğerinde ise canlı kalır. Kuantum kuramında her iki olasılık birlikte varolabilir. Fakat bazı felsefeciler, açıkça belirtmeden kedinin yalnızca bir geçmişi olabileceğini varsaydıkları için kendilerini çıkmazda bulurlar. Her bir parçacığın belirli,tek bir geçmişi olduğu yolundaki varsayıma ilk olarak Feynman karşı çıktı. İkinci Dünya Savaşını izleyen yıllarda Feynman, parçacıkların uzay-zamanda olası her yol boyunca,bir konumdan diğerine ilerlediği önerisini getirdi. Feynman her bir yörünge ile biri dalganın boyutu-genliği biri de fazı- çukurda ve tepede bulunması- olmak üzere iki sayıyı ilişkilendirdi. A'dan B'ye giden bir parçacığın olasılığı, A ve B'den geçen her olası yolla ilgili dalgaların toplanmasıyla bulunuyordu.Gündelik dünyada nesneler,bize başlangıç ve sonuç hedefleri arasında tek bir yol ,tek bir yörünge izliyormuş gibi görünür.Bu durum Feyman'ın birden fazla geçmiş(ya da geçmişlerin toplamı) kavramıyla uyum gösterir mi? Evet. Çünkü her bir yola sayılar verme kuralı,büyük nesneler için yolların katılımları birleştiğinde,biri dışında bütün yolların birbirini etkisizleştirmesini gerektirir.Yani sonsuz yol çeşitinden sadece biri,makroskopik nesnelerin harekete gözönüne alındığı sürece önemlidir ve bu yörünge de Newton'uun klasik hareket yasalarından ortaya çıkandır.
Zamanın doğası fizik kuramlarımızın gerçeklik kavramını belirledikleri bir başka alan örneğidir. Eskiden zamanın sonsuza kadar aktığının açık olduğu düşünülürdü, fakat görelilik kuramı, zamanı uzay ile birleştirmiş ve her ikisinin Evrendeki madde ve enerji tarafından eğrilebileceğini veya bükülebileceğini söylemiştir. Böylece zamanın doğasını kavrayışımız Evrenden bağımız olmaktan onun tarafından şekillenmiş olmaya doğru değişmiştir. O zaman, zamanın belirli bir noktadan önce kolayca tanımlanamayabileceği anlaşılır oldu; zaman içinde geriye gidilirse aşılamaz bir engele, ötesine kimsenin gidemediği bir tekilliğe gelinebilir. Durum böyleyse,kimin veya neyin büyük patlamaya neden olduğunu veya onu yarattığın sormak anlamlı olmaz.
Neden olma ve yaratmadan söz etmek, dolaylı olarak, büyük patlama tekilliğinden önce bir zaman olduğunu varsayar. Yirmi beş yıldır, Einstein'ın genel görelilik kuramının zamanın on beş milyar yıl önce bir tekillikte bir başlangıca sahip olması gerektiği kestiriminde bulunduğunu biliyoruz. Fakat felsefeciler, henüz bu fikre ulaşamamışlardır. Onlar hala kuantum mekaniğini altmış beş yıl önce(Hawking bu kitabını 1993'te yazmıştı) atılan temelleri konusunda endişeleniyorlar. Fiziğin keşif alanının daha ileri gittiğini kavramıyorlar.
Daha da kötüsü, Jim Hartle ve benim Evren'in herhangi bir başlangıç veya sona sahip olamayabileceğini ileri sürdüğümüz matematiksel sanal zaman kavramıdır. Sanal zaman hakkında konuşmam nedeniyle bir bilim felsefecisi bana şiddetle saldırmıştır. O : Sanal zaman gibi bir matematiksel hilenin gerçek Evrenle nasıl bir ilgisi olabilir? demiştir. Kanımca bu felsefeci teknik matematiksel gerçek ve sanal sayılar terimleri ile gerçek ve sanalın günlük dilde kullanılma şeklini birbirine karıştırıyor. Şu sözler benim tezimi açıklar: Kendisini yorumlamakta kullanacağımız bir kuram veya modelden bağımsız olarak neyin gerçek olduğunu nasıl bilebiliriz?
Evren'i yorumlamaya çalışırken karşılaşılan problemleri göstermek için görelilik ve kuantum mekaniğinden örnekler kullandım. Göreliliği ve kuantum mekaniğini anlamanız veya hatta bu kuramların yanlış olmaları önemli değildir. Göstermiş olmayı umduğum şey,bir kuramın bir model olarak değerlendirildiği bir tür pozitif yaklaşımın, en azından bir kuramsal fizikçi için, Evren'i anlamanın tek yolu olduğudur. Evren'deki her şeyi tanımlayan tutarlı bir model bulacağımız konusunda umutluyum. Bunu yaparsak bu insan soyu için gerçek bir zafer olacaktır. https://www.fizikist.com/schrodingerin-kedisi/
Sağlıklı bir kediyi hava alabilen bir kutu içine koyalım. Kutuda zehirli bir gaz şişesi bulunsun ve bu gazın şişeden salınmasını sağlayacak mekanizma, bozunma yarı ömrü 1 saat olan bir radyoaktif parçacık ile kontrol edilsin. Bu mikroskobik parçacığın davranışını ancak kuantum mekaniği ile ifade edebiliriz, fakat şimdi makroskobik bir sistem olan kedinin kaderi de artık parçacığın davranışına bağlanmış oluyor. Schrödinger'in iddiasına göre 1 saat sonunda kedinin canlı ve ölü olma olasılıkları eşit. Dalga fonksiyonunun anlamı ya bozunma oldu ve kedi öldü ya da olmadı ve kedi hayatta gibi uç iki olasılığı anlatmaktan ibaret değil. Schrödinger'in analizi doğru ise kuantum kuramı, (birisi bakıp durumu bu iki seçenekten birine indirgeyene kadar) kedinin iki durumunun yan yana bulunduğunu söylüyor.Yarı ölü-yarı diri. Schrödinger, bu kadar mantığa zıt bir kuramın düzeltilmeye muhtaç olduğu sonucuna varıyor. Buna karşılık birçok fizikçi (Hawking, Gell-Mann ve başkaları) bu problemin yapay olduğu görüşündeler.
Schrödinger'in Kedisi Deneyi Nasıl Yorumlanmalı?
Bir kere atomik ve moleküler dünyanın olasılık düşüncesi makrodünyaya taşınmış bulunuyor.Çünkü gözlem yapmadığımız sürece kenidinin ölü ya da diri olduğunu bilemeyiz.Buradaki yanıt da "Kedi yüzde elli ölü,yüzde elli diri" yorumundan çok, ölü ve diri olma olasılığı eşit anlamına gelmektedir.
Stephan Hawking (1942-...) şöyle diyor: Kanımca, modelden bağımsız bir gerçekliğe karşı dile getirilmeyen inanç, bilim felsefecilerinin kuantum mekaniği ve belirsizlik ilkesi konusunda karışlaştıkları güçlüklerin altındaki nedendir. Schrödinger'in kedisi denen ünlü bir düşünce deneyi vardır. Bir kedi kapalı bir kutunun içine yerleştirilir. Ona yönelik bir silah vardır ve belirli bir yönde bir radyoaktif çekirdek bozunursa silah ateş alacaktır, bunun gerçekleşmesinin olasılığı yüzde 50'dir. (Bugün, yalnızca bir düşünce deneyi olarak bile, hiç kimse böyle bir şey önermeye cesaret edemez, fakat Schrödinger'in zamanında hayvanların özgürlüğü kavramı henüz duyulmamıştı).
Eğer biri kutuyu açarsa kediyi ya ölü ya canlı bulacaktır. Fakat kutu açılmadan önce kedinin kuantum durumu ölü kedi durumuyla kedinin canlı olduğu durumun bir karışımı olacaktır. Bazı bilim felsefecileri, bunun kabul edilmesini çok güç bulurlar. İnsanın yarı hamile olabilmesinden öte kedinin yarı vurulmuş,yarı vurulmamış olması mümkün değildir Onların içinde bulundukları güçlük,dolaylı olarak bir nesnenin belirli bir tek geçmişe sahip olduğu klasik bir gerçeklik kavramını kullanmalarından kaynaklanır. Kuantum mekaniğinin temeli, farklı bir gerçeklik görüşüne sahip olmasıdır. Bu görüşte bir nesne yalnızca bir tek geçmişe değil,mümkün olan tüm geçmişlere sahiptir. Çoğu durumda belirli bir geçmişe sahip olma olasılığı,biraz farklı bir geçmişe sahip olma olasılığını siler,fakat belli durumlarda komşu geçmişlerin olasılıkları birbirini güçlendirir. Nesnenin geçmişi olarak gözlemlediğimiz şey, bu güçlendirilmiş geçmişlerden biridir.
Schrödinger'in Kedisi durumunda güçlendirilmiş olan iki geçmiş vardır. Birinde kedi vurulmuştur,diğerinde ise canlı kalır. Kuantum kuramında her iki olasılık birlikte varolabilir. Fakat bazı felsefeciler, açıkça belirtmeden kedinin yalnızca bir geçmişi olabileceğini varsaydıkları için kendilerini çıkmazda bulurlar. Her bir parçacığın belirli,tek bir geçmişi olduğu yolundaki varsayıma ilk olarak Feynman karşı çıktı. İkinci Dünya Savaşını izleyen yıllarda Feynman, parçacıkların uzay-zamanda olası her yol boyunca,bir konumdan diğerine ilerlediği önerisini getirdi. Feynman her bir yörünge ile biri dalganın boyutu-genliği biri de fazı- çukurda ve tepede bulunması- olmak üzere iki sayıyı ilişkilendirdi. A'dan B'ye giden bir parçacığın olasılığı, A ve B'den geçen her olası yolla ilgili dalgaların toplanmasıyla bulunuyordu.Gündelik dünyada nesneler,bize başlangıç ve sonuç hedefleri arasında tek bir yol ,tek bir yörünge izliyormuş gibi görünür.Bu durum Feyman'ın birden fazla geçmiş(ya da geçmişlerin toplamı) kavramıyla uyum gösterir mi? Evet. Çünkü her bir yola sayılar verme kuralı,büyük nesneler için yolların katılımları birleştiğinde,biri dışında bütün yolların birbirini etkisizleştirmesini gerektirir.Yani sonsuz yol çeşitinden sadece biri,makroskopik nesnelerin harekete gözönüne alındığı sürece önemlidir ve bu yörünge de Newton'uun klasik hareket yasalarından ortaya çıkandır.
Zamanın doğası fizik kuramlarımızın gerçeklik kavramını belirledikleri bir başka alan örneğidir. Eskiden zamanın sonsuza kadar aktığının açık olduğu düşünülürdü, fakat görelilik kuramı, zamanı uzay ile birleştirmiş ve her ikisinin Evrendeki madde ve enerji tarafından eğrilebileceğini veya bükülebileceğini söylemiştir. Böylece zamanın doğasını kavrayışımız Evrenden bağımız olmaktan onun tarafından şekillenmiş olmaya doğru değişmiştir. O zaman, zamanın belirli bir noktadan önce kolayca tanımlanamayabileceği anlaşılır oldu; zaman içinde geriye gidilirse aşılamaz bir engele, ötesine kimsenin gidemediği bir tekilliğe gelinebilir. Durum böyleyse,kimin veya neyin büyük patlamaya neden olduğunu veya onu yarattığın sormak anlamlı olmaz.
Neden olma ve yaratmadan söz etmek, dolaylı olarak, büyük patlama tekilliğinden önce bir zaman olduğunu varsayar. Yirmi beş yıldır, Einstein'ın genel görelilik kuramının zamanın on beş milyar yıl önce bir tekillikte bir başlangıca sahip olması gerektiği kestiriminde bulunduğunu biliyoruz. Fakat felsefeciler, henüz bu fikre ulaşamamışlardır. Onlar hala kuantum mekaniğini altmış beş yıl önce(Hawking bu kitabını 1993'te yazmıştı) atılan temelleri konusunda endişeleniyorlar. Fiziğin keşif alanının daha ileri gittiğini kavramıyorlar.
Daha da kötüsü, Jim Hartle ve benim Evren'in herhangi bir başlangıç veya sona sahip olamayabileceğini ileri sürdüğümüz matematiksel sanal zaman kavramıdır. Sanal zaman hakkında konuşmam nedeniyle bir bilim felsefecisi bana şiddetle saldırmıştır. O : Sanal zaman gibi bir matematiksel hilenin gerçek Evrenle nasıl bir ilgisi olabilir? demiştir. Kanımca bu felsefeci teknik matematiksel gerçek ve sanal sayılar terimleri ile gerçek ve sanalın günlük dilde kullanılma şeklini birbirine karıştırıyor. Şu sözler benim tezimi açıklar: Kendisini yorumlamakta kullanacağımız bir kuram veya modelden bağımsız olarak neyin gerçek olduğunu nasıl bilebiliriz?
Evren'i yorumlamaya çalışırken karşılaşılan problemleri göstermek için görelilik ve kuantum mekaniğinden örnekler kullandım. Göreliliği ve kuantum mekaniğini anlamanız veya hatta bu kuramların yanlış olmaları önemli değildir. Göstermiş olmayı umduğum şey,bir kuramın bir model olarak değerlendirildiği bir tür pozitif yaklaşımın, en azından bir kuramsal fizikçi için, Evren'i anlamanın tek yolu olduğudur. Evren'deki her şeyi tanımlayan tutarlı bir model bulacağımız konusunda umutluyum. Bunu yaparsak bu insan soyu için gerçek bir zafer olacaktır. https://www.fizikist.com/schrodingerin-kedisi/
Sonsuz Ark'tan
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark Manifestosu'na aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz